Suite du didacticiel conception helice avion (1/2)

Connaissant :

• la vitesse de rotation optimum de notre moteur: 8000 rpm (celle qui nous offre le plus de puissance en consommant le moins d'énergie , c'est la vitesse de rotation pour laquelle le moteur a été conçu)
• le couple de notre moteur a cette vitesse est de 1,9 N.m
• la vitesse de notre avion en vol de croisière: 180 km/h
• la traînée de notre avion: 30 newtons
• la longueur de pale maximum de notre hélice: 140 mm

Les paramètres à notre disposition pour optimiser notre hélice sont:

• le nombre de pale (consultez ce rappel sur les paramètres d' optimisation du nombre de pale)
• la distribution de la corde (consultez ce rappel sur les paramètres d' optimisation de la distribution de corde)
• la forme des profils (consultez ce rappel sur les paramètres d' optimisation des profils)

A la vitesse de rotation imposée (8000 rpm) et avec 7 pales, nous avions obtenus (didacticiel conception helice avion) des résultats de poussée un peu faible 22 N au lieu de 30 N necessaire a compenser la trainée:

Pour augmenter la poussée sans augmenter la vitesse de rotation nous pourrions utiliser ce que nous avons vu sur la forme des profils, c'est a dire augmenter le cambre de notre profil. Sous l' onglet 2.2"loi de profil" nous voyons que le profil utilisé pour notre pale est le naca 1408

En cliquant sur "choisir un autre profil" la base de données de profils s' affiche, sous l' onglet "Base données" la grille des données de profil peut être triée en cliquant sur la tête de colonne. L'entete cz_f max indique les coefficients de portances des profils a finesse maximum. en cliquant sur le titre de colonne cz_fmax la base de donnée va être ordonnées en classant les profils suivant leur coefficient de portance.

Dans cette base de donnée choisissons le profil offrant un meilleur Cz (coefficient de portance) : le naca 6412. Notons au passage que le cambre est plus prononcé...que le naca 1408 que nous utilisions. Pour appliquer ce nouveau profil à notre hélice cliquez sur "Profil par défaut pour tous les éléments de pale"

Cliquez ensuite sur "reconstruire le vrillage au point de fonctionnement": et les performances de notre hélice s' affichent : (n'oubliez pas de retablir la vitesse de rotation de 8000 rpm)

La poussée (60 N) a effectivement augmenté grâce à l' augmentation de la portance mais notre couple aussi 3.7 N.m alors que nous disposons uniquement de 1,9 N.m

Pour diminuer le couple sans varier la vitesse de rotation nous pourrions retourner dans la base de données et chercher un profil qui aurait un Cx plus faible (le coefficient de traînée est en grande partie responsable du couple) de la même manière que nous l' avons fait pour chercher un coefficient de portance plus fort. Mais nous somme dans un didacticiel et nous allons donc choisir de réduire le nombre de pale pour explorer d'autre leviers.

Comme la poussée est plus importante que ce dont nous avons besoin , enlevons quelques pales (il y en a 7 c'est peut être un peu beaucoup!) , au prix des pales...cela fera des économies:

Sous l' onglet 3"Optimiser" je peux modifier le nombre de pales:

passons à 5 pales et reconstruisons:

La poussée est passée à 45 N et le couple à 2.5Nm , la poussée et le couple ont baissé mais pas suffisamment pour notre objectif de 30 N pour 1.9 Nm, Passons à 3 pales et reconstruisons: résultat:

Le couple est passé au dessous de 1.9Nm mais la poussée n'est que de 28 N

Une pale de plus? non ça coûte trop cher, et nous avons compris comment la modification du nombre de pale fait varier nos performances, alors essayons un autre levier:

Essayons de modifier un peu la géométrie de notre pale: pour augmenter la poussée nous pouvons augmenter légèrement la surface de pale en modifiant la distribution des cordes des profils:

• faite glisser le curseur "distribution cordes" jusqu'à afficher "Ajouter 0.0400x cordes el:2" :

ce curseur pilote l'équation de distribution des cordes, il est sensible, si vous ne parvenez pas a cette équation, cliquer sur linéariser pour repartir d'une corde linéaire et recommencez l'operation

cette nouvelle distribution de cordesi a pour effet de gonfler un peu la pale:

et reconstruisons:

 

La poussée est maintenant de 32 Newton avec un couple de 1,7Nm. cette helice est donc adaptée sur mesure a notre cahier des charges.

Nous avons vu ici comment adapter notre hélice au conditions de fonctionnement imposées mais en terme de rendement propulsif notre hélice nous offre que 0.76.. Un travail sur le profil pourra peut être nous faire gagner un peu de rendement..

Les paramètres sont multiples pour optimiser un hélice. Il n'y a pas de recette miracle car les cahiers des charges sont aussi variés que les objectifs poursuivis. HELICIEL regroupe les fonctions pour rapidement tester les hypothèses d' optimisation que nous voulons suivre mais le choix des compromis est infini et reste entre vos mains.

voir :analyse multiple, un outil d'édition de courbes permettant de tester l'hélice

Didacticiel conception helice avion (1)